前初期遺伝子産物Arcのスパイン制御機構の解析

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19500263
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 奥野 浩行 The University of Tokyo, 大学院・医学系研究科, 助教 (80272417)
• Keywords: 脳・神経 / シグナル伝達 / シナプス / 遺伝子 / 長期記憶 / 海馬

Research Abstract

神経特異的前初期遺伝子産物Arcは、LTPやLTD等の長期シナプス可塑性および長期記憶形成に必須な分子である。しかしながら、Arc遺伝子の発現制御機構や遺伝子産物の動態・機能制御機構に関しては未だほとんど不明である。本研究ではArcスパイン局在機構および遺伝子活性化機構の解析を行い、以下の成果を得た。
1.Arc蛋白のスパインにおけるPSD蛋白との相互作用
Arcはシナプス刺激により速やかに発現誘導された後、樹状突起スパインに挿入される。このスパイン局在はArc-PSDタンパクとの相互作用によって制御されていることを見いだした。さらに蛍光タンパク融合Arcを神経細胞に活動依存的に発現させる系を確立し、生細胞イメージングによりArcのスパイン挿入・シナプス集積を可視化した。
2.Arc遺伝子の神経活動依存的発現機構
上記の活動依存的発現系を構築過程において、Arc遺伝子のプロモーター領域の上流に存在する100bp程の短い制御エレメントSAREを同定し、このゲノム配列がArcの活動依存的な発現に重要な役割を果たしていることを見いだした(Kawashima et al,PNAS,2009)。このエレメントを利用して蛍光タンパクや発光タンパクをレポーターとする活動依存的遺伝子発現プローブを作成し、動物個体の脳活動の検出に成功した(Kawashima et al,PNAS,2009)。

Research Products

• [Journal Article] A synaptic activity-responsive element in the Arc/Arg3.1 promoter essential for synapse-to-nucleus signaling in activated neurons. (2009)
  • Author(s): Kawashima T, Okuno H, Nonaka M, Adachi-Morishima A, Kyo N, Okamura M, Takemoto-Kimura S, Worley PF and Bito H.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106 Pages: 316-321
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Critical genomic sequences for synaptic activity-dependent expression of the Arc gene. (2008)
  • Author(s): Okuno, H., Kawashima, T., Adachi-Morishima, A., Okamura, M., Worley, P., Bito, H
  • Organizer: 38回北米神経科学学会年会
  • Place of Presentation: Washington DC, USA.
  • Year and Date: 2008-11-15
• [Presentation] Regulation of synaptic localization of Arc protein through interaction with Ca2+/calmodulin-dependent kinase II beta (2008)
  • Author(s): Okuno H., Kawashima T, Nonaka M., Takemoto-Kimura S, Fujii H., Chowdhury S., Worley P. F., Bito H.
  • Organizer: 6th FENS Forum
  • Place of Presentation: Geneva, Switzerland
  • Year and Date: 2008-07-16
• [Remarks]
  • URL: http://www.neurochem.m.u-tokyo.ac.jp/